JP2007249093A - Wavelength filter, wavelength filtering method, and wavelength filtering apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wavelength filter achieving wavelength filtering of a narrow band at a low cost and to provide wavelength filtering method and apparatus using the wavelength filter. <P>SOLUTION: The wavelength filter reducing intensity of reflection light having a specific wavelength and provided with a light transmissible member equipped with an incident part, an emission part and a reflection surface to incident light from the incident part, a metal thin film provided on the outer side of the reflection surface and a dielectric thin film provided on the outer side of the metal thin film is characterized in that the metal thin film has 10 to 100 nm thickness and the dielectric thin film has 200 to 20,000 nm thickness. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、特定波長域の光強度を低減するための波長フィルタに関する。   The present invention relates to a wavelength filter for reducing the light intensity in a specific wavelength region.

近年の光情報通信は、波長多重通信が主流になってきており、この方式においては、特定の波長の光信号だけに対して伝送路を切り替えたり、遮断する方法が採られている。そのための波長フィルタとして、種々のものが提案されており、代表的なものとして、回折格子を使用するもの(特許文献1)、超格子構造を使用するもの(特許文献2)、リング導波路を使用するもの(特許文献3)、誘電体多層膜を備えたもの(特許文献4)、などがある。   In recent years, wavelength division multiplexing has become mainstream in optical information communication. In this method, a method of switching or blocking a transmission path for only an optical signal having a specific wavelength is employed. Various wavelength filters have been proposed for this purpose. Typical examples are those using a diffraction grating (Patent Document 1), those using a superlattice structure (Patent Document 2), and ring waveguides. There are those to be used (Patent Document 3) and those having a dielectric multilayer film (Patent Document 4).

しかしながら、特許文献1のものは、回折格子を使用するので、フィルタリング波長が固定されてしまい、必要なフィルタリング波長毎に回折格子を作成しなければならない。特許文献2,3のものは、超格子構造、リング状導波路を使用する結果、製造コストが高くなる。また、特許文献4のものは、電気光学効果を有する層を介在させて電界負荷によりフィルタリング波長を変化させフィルタリング特性を広帯域化する工夫をしているのであるが、電界負荷のための装置類を必要とするため、結局製造コストが高くなる。
一方、表面プラズモン共鳴(Surface Plasmon Resonance; SPR)は、金属表面の電
子波である表面プラズモンポラリトン(または単に表面プラズモン)が光と相互作用した結果、特異な吸収を起こす共鳴現象として知られている(例えば、非特許文献1〜4)。しかしながら、表面プラズモン共鳴による吸収波長の幅は50nm程度と広く、波長多重通信への使用可能性が低いなど、用途が制限されたものとなっていた。
特開2004−12658号公報 特開2003−66386号公報 特開2004−279982号公報 特開2001−21852号公報 M. OsterfeldらのApplied Physics Letter, 第62巻 (1993年) 第2310-2312頁 X.-M.ZhuらのSensors and Actuators B, 第84巻 (2002年) 第106-112頁 K. KurosawaらのPhysical Review B, 第33巻 (1986年) 第789-798頁 S. EkgasitらのApplied Spectroscopy, 第59巻 (2005年) 第661-667頁
However, since the thing of patent document 1 uses a diffraction grating, a filtering wavelength will be fixed and must produce a diffraction grating for every required filtering wavelength. Patent Documents 2 and 3 use a superlattice structure and a ring-shaped waveguide, resulting in high manufacturing costs. In addition, in Patent Document 4, a layer having an electro-optic effect is interposed, and the filtering wavelength is changed by electric field load so as to broaden the filtering characteristics. In the end, the manufacturing cost is increased.
On the other hand, surface plasmon resonance (SPR) is known as a resonance phenomenon in which surface plasmon polariton (or simply surface plasmon), which is an electron wave on a metal surface, interacts with light, resulting in unique absorption. (For example, non-patent documents 1 to 4). However, the range of absorption wavelength due to surface plasmon resonance is as wide as about 50 nm, and its use is limited, such as low applicability to wavelength multiplexing communications.
JP 2004-12658 A JP 2003-66386 A JP 2004-279882 A JP 2001-21852 A M. Osterfeld et al., Applied Physics Letter, 62 (1993) 2310-2312 X.-M.Zhu et al., Sensors and Actuators B, Volume 84 (2002) pp. 106-112 K. Kurosawa et al., Physical Review B, Volume 33 (1986) 789-798 S. Ekgasit et al. Applied Spectroscopy, 59 (2005) 661-667

本発明は、これらの従来技術の問題点を解消し、低コストで且つ狭帯域の波長フィルタリングが可能な波長フィルタ、及び該波長フィルタを使用した波長フィルタリング方法及び装置を提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a wavelength filter capable of eliminating these problems of the prior art and performing wavelength filtering in a narrow band at low cost, and a wavelength filtering method and apparatus using the wavelength filter. .

本発明は、前記目的を達成するため、特定波長の反射光強度を低減する波長フィルタであって、入射部、出射部、及び前記入射部からの入射光に対する反射面を備えた光透過性部材と、前記反射面の外側に設けられた金属薄膜と、該金属薄膜の外側に設けられた誘電体薄膜とを備え、前記金属薄膜の厚さが10〜100nmであり、前記誘電体薄膜の厚さが200〜20000nmであることを特徴とする波長フィルタを提供するものである。   In order to achieve the above object, the present invention is a wavelength filter that reduces the intensity of reflected light of a specific wavelength, and includes an incident part, an emitting part, and a light-transmissive member that has a reflecting surface for incident light from the incident part. And a metal thin film provided outside the reflective surface and a dielectric thin film provided outside the metal thin film, wherein the metal thin film has a thickness of 10 to 100 nm, and the thickness of the dielectric thin film The present invention provides a wavelength filter having a thickness of 200 to 20000 nm.

本発明はまた、前記目的を達成するため、前記波長フィルタを用い、前記反射面で全反射を生じるように前記入射部から光を入射させ、前記反射面における表面プラズモン共鳴に付帯するリーキーモードの反射光を前記出射部から出射させることを特徴とする波長フィルタリング方法を提供するものである。   In order to achieve the above object, the present invention also provides a leaky mode using the wavelength filter, allowing light to be incident from the incident portion so as to cause total reflection at the reflecting surface, and incidental to surface plasmon resonance on the reflecting surface. The present invention provides a wavelength filtering method characterized in that reflected light is emitted from the emitting portion.

本発明はまた、前記目的を達成するため、前記波長フィルタ、及び入射光と前記反射面とのなす角度を変えるように設けられた角度調節装置とを備えたことを特徴とする波長フィルタリング装置を提供するものである。   In order to achieve the above object, the present invention also provides a wavelength filtering device comprising: the wavelength filter; and an angle adjusting device provided to change an angle formed between incident light and the reflecting surface. It is to provide.

本発明に係る波長フィルタは、入射部、出射部、及び前記入射部からの入射光に対する反射面を備えた光透過性部材と、前記反射面の外側に設けられた金属薄膜と、該金属薄膜の外側に設けられた誘電体薄膜とを備えている。したがって、この波長フィルタに対し、反射面で全反射を生じるように入射部から光を入射させると、反射面において表面プラズモン共鳴を発生させることができる。   The wavelength filter according to the present invention includes an incident part, an emitting part, a light transmissive member having a reflection surface for incident light from the incident part, a metal thin film provided outside the reflection surface, and the metal thin film. And a dielectric thin film provided on the outside. Therefore, when light is incident on the wavelength filter from the incident portion so as to cause total reflection on the reflection surface, surface plasmon resonance can be generated on the reflection surface.

特に、本発明においては、金属薄膜の厚さを10〜100nmとすることにより表面プラズモン共鳴の発生を確実にし、その上で、誘電体薄膜の厚さを200〜20000nmとすることにより、表面プラズモン共鳴に付帯するリーキーモード(Leaky Mode)を出現させ、このリーキーモードの入射角と波長の関係(分散特性)を利用する。単色レーザを使用したリーキーモードについては、非特許文献1に紹介されている。リーキーモードにおける吸収波長帯域は狭小であるので、前記反射面での反射光は、特定狭帯域のみの強度が低減される。したがって、この波長フィルタは、波長多重通信など、狭帯域での波長フィルタリングを必要とする用途に最適である。なお、これら金属薄膜及び誘電体薄膜の適正膜厚及びその効果については、後の実施形態の説明において詳述する。   In particular, in the present invention, the generation of surface plasmon resonance is ensured by setting the thickness of the metal thin film to 10 to 100 nm, and then the surface plasmon resonance is set by setting the thickness of the dielectric thin film to 200 to 20000 nm. A leaky mode accompanying the resonance appears, and the relationship between the incident angle and wavelength (dispersion characteristic) of the leaky mode is used. Non-Patent Document 1 introduces a leaky mode using a monochromatic laser. Since the absorption wavelength band in the leaky mode is narrow, the intensity of only the specific narrow band of the reflected light from the reflecting surface is reduced. Therefore, this wavelength filter is optimal for applications that require wavelength filtering in a narrow band, such as wavelength multiplex communication. In addition, the appropriate film thickness and effect of these metal thin films and dielectric thin films will be described in detail in the description of the following embodiments.

また、この波長フィルタは、光透過性部材に金属薄膜と誘電体薄膜とを形成すればよいので、製造コストが低いという利点がある。さらに、後述するように、波長フィルタにおける誘電体薄膜の膜厚を変えることにより、種々の波長吸収特性が得られるので、用途に応じた波長フィルタの設計を容易に行なうことができる。また、前記反射面に対する入射角を変えるだけで吸収波長域を大きく変化させることができるので、1つの波長フィルタで状況に応じたフィルタリングを簡便に行なうことができる。   Further, this wavelength filter has an advantage that the manufacturing cost is low because a metal thin film and a dielectric thin film may be formed on the light transmissive member. Furthermore, as will be described later, since various wavelength absorption characteristics can be obtained by changing the film thickness of the dielectric thin film in the wavelength filter, it is possible to easily design the wavelength filter according to the application. In addition, since the absorption wavelength range can be changed greatly only by changing the incident angle with respect to the reflecting surface, filtering according to the situation can be easily performed with one wavelength filter.

上記波長フィルタリング方法は、本発明の波長フィルタにおけるリーキーモードの反射光を出射光として利用することにより、上記波長フィルタの特徴を生かしたフィルタリングを行なうことができる。   In the wavelength filtering method, filtering utilizing the characteristics of the wavelength filter can be performed by using the reflected light in the leaky mode in the wavelength filter of the present invention as outgoing light.

また、上記波長フィルタリング装置は、入射光と前記反射面とのなす角度を変える角度調節装置を、本発明の1個又は複数の波長フィルタに組み合わせて構成するという簡単な構造で、吸収波長域の変更を状況に応じて迅速に行なうことができる。   The wavelength filtering device has a simple structure in which an angle adjusting device that changes the angle formed by incident light and the reflecting surface is combined with one or a plurality of wavelength filters of the present invention. Changes can be made quickly depending on the situation.

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しつつ説明する。図面中の同一又は同種の部分については、同じ番号を付して説明を省略することがある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The same or similar parts in the drawings may be denoted by the same reference numerals and description thereof may be omitted.

図1は、本発明に係る波長フィルタの一実施形態を概略的に示す図である。この実施形態においては、光透過性部材(基板)として石英ガラスのプリズム4を用い、プリズム4の一方の側面を入射部41,他方の側面を出射部42,底面を入射光に対する反射面43としている。反射面43の外側には金属薄膜3が設けられ、該金属薄膜の外側に誘電体薄
膜2が設けられている。さらに、この例では、入射部41に偏光素子5が設けられており、入射光源1からの白色光の内、P偏光が偏光素子5を通過することになる。光源1からは平行光のビームが、反射面43で全反射するように出射される。これらの部分は、表面プラズモン共鳴や付帯するリーキーモードの分散特性を算出する上での層構造に該当し、空気(媒質1)、誘電体薄膜(媒質2)、金属薄膜(媒質3)、光透過性部材(媒質4)が各層を構成する。分散特性の算出については、後述する。
FIG. 1 is a diagram schematically showing an embodiment of a wavelength filter according to the present invention. In this embodiment, a quartz glass prism 4 is used as a light transmissive member (substrate), one side surface of the prism 4 is an incident portion 41, the other side surface is an output portion 42, and the bottom surface is a reflection surface 43 for incident light. Yes. The metal thin film 3 is provided outside the reflecting surface 43, and the dielectric thin film 2 is provided outside the metal thin film. Furthermore, in this example, the polarizing element 5 is provided in the incident portion 41, and P-polarized light passes through the polarizing element 5 in the white light from the incident light source 1. A parallel light beam is emitted from the light source 1 so as to be totally reflected by the reflecting surface 43. These portions correspond to the layer structure for calculating the dispersion characteristics of surface plasmon resonance and incidental leaky mode, and include air (medium 1), dielectric thin film (medium 2), metal thin film (medium 3), light The transparent member (medium 4) constitutes each layer. The calculation of the dispersion characteristic will be described later.

プリズム4(光透過性部材)を構成する材料としては、石英ガラスの他、種々のガラス、プラスチックなどの光透過性材料を用いることができる。光透過性部材の形態は、上記プリズムに限らず、入射光を反射面に導くことができればよく、板状、ブロック状など種々の形態とすることができる。また、プリズムなどの光透過性部材本体の面に扁平な光透過性のプレートを接合し、該プレートの外面を反射面とすることもできる。該プレートは、光透過性部材本体と同種の材質とするのが望ましいが、他の材質とすることもできる。   As a material constituting the prism 4 (light transmissive member), light transmissive materials such as various glasses and plastics can be used in addition to quartz glass. The form of the light transmissive member is not limited to the prism, and it is sufficient that incident light can be guided to the reflecting surface, and various forms such as a plate shape and a block shape can be used. Further, a flat light-transmitting plate can be joined to the surface of a light-transmitting member main body such as a prism, and the outer surface of the plate can be used as a reflecting surface. The plate is preferably made of the same material as the light transmissive member main body, but may be made of other materials.

光源1から偏光素子5を経てプリズム4に入射した光は、反射面43で全反射される。このとき、反射面の外側には、金属薄膜3及び誘電体薄膜2が設けられているので、金属表面の電子波と光との相互作用により表面プラズモン共鳴を生じる。反射面43での表面プラズモン共鳴を確実に得るために、金属薄膜3は、厚さが10〜100nmとされる。金属薄膜3の厚さが10nm未満では、金属電子の作用が低く十分な表面プラズモン共鳴が得られない。また、その厚さが100nmを越えると、金属層内を伝搬するエバネッセント波の減衰量が多くなり、やはり十分な表面プラズモン共鳴が得られない。   Light incident on the prism 4 from the light source 1 through the polarizing element 5 is totally reflected by the reflecting surface 43. At this time, since the metal thin film 3 and the dielectric thin film 2 are provided outside the reflection surface, surface plasmon resonance occurs due to the interaction between the electron wave on the metal surface and light. In order to reliably obtain surface plasmon resonance at the reflecting surface 43, the metal thin film 3 has a thickness of 10 to 100 nm. If the thickness of the metal thin film 3 is less than 10 nm, the effect of metal electrons is low and sufficient surface plasmon resonance cannot be obtained. If the thickness exceeds 100 nm, the amount of attenuation of the evanescent wave propagating in the metal layer increases, and sufficient surface plasmon resonance cannot be obtained.

誘電体薄膜2を形成する材料としては、種々のガラス、プラスチックなどの光透過性材料を用いることができる。また、誘電体薄膜は、光透過性部材と屈折率が同等乃至近いものが望ましい。これは、表面プラズモン共鳴の分散特性における波長と角度の関係が直線的になりやすいためである。この観点から、誘電体薄膜を光透過性部材と同じ材質とするのが望ましい。   As a material for forming the dielectric thin film 2, various light transmissive materials such as glass and plastic can be used. Further, it is desirable that the dielectric thin film has a refractive index equivalent to or close to that of the light transmissive member. This is because the relationship between wavelength and angle in the dispersion characteristics of surface plasmon resonance tends to be linear. From this point of view, it is desirable that the dielectric thin film is made of the same material as the light transmissive member.

誘電体薄膜2の厚さは200〜20000nmとされる。このように厚い誘電体層を設けることにより、表面プラズモン共鳴に付帯するリーキーモードを出現させることができる。図2は、プリズムに誘電体薄膜を設けない場合(a)と、設けた場合(b)との表面プラズモン共鳴の状態を示すグラフである。グラフは、横軸に反射面43に対する入射角、縦軸に入射光の波長をとっており、曲線状の黒い部分は、反射光強度の低い帯域、すなわち吸収波長帯域を示している。誘電体薄膜を設けない場合(a)は、表面プラズモン共鳴による吸収帯域(SPR)のみが生じる。一方、誘電体薄膜を設けると、表面プラズモン共鳴による吸収帯域SPRがグラフ上で右へ移動し、リーキーモードによる吸収帯域が出現する。そして、誘電体薄膜の膜厚を厚くするほどこれらの曲線が右へ移動し、1次、2次、…n次のリーキーモードが次々とグラフ上で左から出現する。図2(b)の状態は、表面プラズモン共鳴による吸収帯域SPRが右へ移動してグラフの表示範囲外へ消え、1次リーキーモード(LM1)及び2次リーキーモード(LM2)が出現した状態を示している。この例(b)では、石英プリズムの反射面に銀薄膜(厚さ50nm)を設け、その上に石英の誘電体薄膜(厚さ500nm)を設けている。   The thickness of the dielectric thin film 2 is 200 to 20000 nm. By providing such a thick dielectric layer, a leaky mode associated with surface plasmon resonance can appear. FIG. 2 is a graph showing the state of surface plasmon resonance when the dielectric thin film is not provided on the prism (a) and when it is provided (b). In the graph, the horizontal axis represents the incident angle with respect to the reflecting surface 43, and the vertical axis represents the wavelength of incident light. The curved black portion represents a band where the reflected light intensity is low, that is, an absorption wavelength band. When the dielectric thin film is not provided (a), only an absorption band (SPR) due to surface plasmon resonance occurs. On the other hand, when a dielectric thin film is provided, the absorption band SPR due to surface plasmon resonance moves to the right on the graph, and an absorption band due to leaky mode appears. Then, as the thickness of the dielectric thin film is increased, these curves move to the right, and primary, secondary,..., N-th leaky modes appear from the left on the graph one after another. In the state of FIG. 2B, the absorption band SPR due to surface plasmon resonance moves to the right and disappears outside the display range of the graph, and the primary leaky mode (LM1) and the secondary leaky mode (LM2) appear. Show. In this example (b), a silver thin film (thickness 50 nm) is provided on the reflection surface of the quartz prism, and a quartz dielectric thin film (thickness 500 nm) is provided thereon.

図3は、石英プリズムに銀薄膜(50nm)及び石英薄膜を設けた場合について、入射角を60°とし、石英薄膜の厚さを変えた場合の吸収特性を示している。横軸は石英薄膜の膜厚を示し、左の縦軸はフィルタピーク波長(吸収度の極大値を示す波長)で実線のグラフ曲線に対応し、右の縦軸はスペクトル幅(吸収波長帯域の幅)で破線のグラフ曲線に対応している。このグラフに見られるように、石英薄膜の膜厚が50nmの場合は、表面プラズモン共鳴(SPR)による吸収となり、その吸収帯域はスペクトル幅(半値幅)が50nm程度と広い。これに対し、石英薄膜の厚さが300nmを越える場合のリーキー
モード(LM1,LM2,LM3)では、スペクトル幅がほぼ10nm以下と狭くなっており、狭帯域での吸収が可能である。この点は、図7及び図8によっても示すことができる。図7及び図8は、図3の場合に用いたのと同じ対象について、入射角を60°とした場合の波長(横軸)と反射率(縦軸)との関係を表しており、図7は石英薄膜の厚さが500nmでのリーキーモード(LM1)による吸収波長帯域(右側の粗い点線のグラフ)を示し、図8は石英薄膜の厚さが50nmでの表面プラズモン共鳴(SPR)による吸収波長帯域を示している。これらの図にも示されているとおり、石英薄膜の膜厚が50nmと薄い場合は、吸収帯域のスペクトル幅が40nm程度と広く、石英薄膜の厚さが500nmの場合は、そのスペクトル幅が10nm程度かそれ以下と狭くなっている。
FIG. 3 shows the absorption characteristics when the silver thin film (50 nm) and the quartz thin film are provided on the quartz prism and the incident angle is 60 ° and the thickness of the quartz thin film is changed. The horizontal axis indicates the thickness of the quartz thin film, the left vertical axis corresponds to the solid line graph curve with the filter peak wavelength (wavelength indicating the maximum absorbance), and the right vertical axis indicates the spectral width (absorption wavelength band). Corresponds to the dashed graph curve. As can be seen from this graph, when the thickness of the quartz thin film is 50 nm, absorption is caused by surface plasmon resonance (SPR), and the absorption band has a wide spectral width (half-value width) of about 50 nm. On the other hand, in the leaky mode (LM1, LM2, LM3) when the thickness of the quartz thin film exceeds 300 nm, the spectrum width is as narrow as about 10 nm or less, and absorption in a narrow band is possible. This point can also be shown by FIG. 7 and FIG. 7 and 8 show the relationship between the wavelength (horizontal axis) and the reflectance (vertical axis) when the incident angle is 60 ° for the same object used in the case of FIG. 7 shows the absorption wavelength band (rough dotted line graph on the right side) in the leaky mode (LM1) when the thickness of the quartz thin film is 500 nm, and FIG. 8 shows the surface plasmon resonance (SPR) when the thickness of the quartz thin film is 50 nm. The absorption wavelength band is shown. As shown in these figures, when the thickness of the quartz thin film is as thin as 50 nm, the spectral width of the absorption band is as wide as about 40 nm, and when the thickness of the quartz thin film is 500 nm, the spectral width is 10 nm. It is narrower to a degree or less.

図4は、図3に示した特性を誘電体薄膜の膜厚(縦軸)とピーク角度(吸収度の極大値を示す入射角・横軸)との関係で示したグラフである。効率的な吸収は、このグラフに従って誘電体薄膜の膜厚を設定して入射角を選択することによって得ることができる。また、図5(a)は、1次及び2次のリーキーモードLM1、LM2の吸収帯域が、800nmを越えて延びることを示し、図5(b)は、1次リーキーモードの吸収帯域が近赤外光通信帯域1700nmにまで延びていることを示している。図5の例では、石英プリズムの反射面に銀薄膜(厚さ50nm)を設け、その上に石英の誘電体薄膜(厚さ1000nm)を設けている。   FIG. 4 is a graph showing the characteristics shown in FIG. 3 in relation to the thickness of the dielectric thin film (vertical axis) and the peak angle (incident angle / horizontal axis indicating the maximum value of absorbance). Efficient absorption can be obtained by setting the film thickness of the dielectric thin film according to this graph and selecting the incident angle. 5A shows that the absorption bands of the primary and secondary leaky modes LM1 and LM2 extend beyond 800 nm, and FIG. 5B shows that the absorption band of the primary leaky mode is close. It shows that the infrared light communication band extends to 1700 nm. In the example of FIG. 5, a silver thin film (thickness 50 nm) is provided on the reflection surface of the quartz prism, and a quartz dielectric thin film (thickness 1000 nm) is provided thereon.

誘電体薄膜2の厚さを200〜20000nmとするのは、上記のようなリーキーモードの出現形態を考慮したものであり、誘電体薄膜の厚さが200nm未満ではリーキーモードが適切に得られず、膜厚が20000nmを越えるとリーキーモードでの吸収特性が十分に得られないからである。この観点から、誘電体薄膜の厚さは、300〜2000nmとするのがより望ましく、400〜1200nmとするのがさらに望ましい。   The thickness of the dielectric thin film 2 is set to 200 to 20000 nm in consideration of the appearance of the leaky mode as described above, and the leaky mode cannot be appropriately obtained when the thickness of the dielectric thin film is less than 200 nm. This is because if the film thickness exceeds 20000 nm, sufficient absorption characteristics in the leaky mode cannot be obtained. From this viewpoint, the thickness of the dielectric thin film is more preferably 300 to 2000 nm, and further preferably 400 to 1200 nm.

金属薄膜を形成する金属としては、銀が最もよい吸収特性を示し、金、アルミニウム、銅もそれに次ぐ吸収特性を示す。銀、アルミニウム及び銅は金に比べて化学的に安定度が低いが、本発明においては金属薄膜が誘電体薄膜に覆われるので、これらの金属についても酸化などに対する安定性が確保される。   As the metal forming the metal thin film, silver shows the best absorption characteristics, and gold, aluminum, and copper also show the absorption characteristics next to them. Silver, aluminum, and copper are chemically less stable than gold. However, in the present invention, the metal thin film is covered with a dielectric thin film, so that these metals are also stable against oxidation.

金属薄膜は、前述のとおり、十分な表面プラズモン共鳴を得るために厚さが10〜100nmとされる。但し、その厚さの設定に応じて、フィルタリング特性を選択することができる。以下、図6を参照しつつ説明する。図6は、銀薄膜の厚さ(横軸)と最小反射率(左側の縦軸)及び最小反射率における入射角(右側の縦軸)との関係を示しており、実線のグラフ曲線が左側の縦軸、破線のグラフ曲線が右側の縦軸に対応している。ここでは、誘電体薄膜を石英ガラスで厚さ500nmに形成している。この図に示すように、例えば、入射角を60°に設定し、銀薄膜の厚さを10nm又は90nmとすることにより、最小反射率を約85%とすることができる。また、その厚さを25又は70nm、35又は60nm、40乃至55nmとすることにより、各々最小反射率を約50%、約20%、約10%以下とすることができる。他の入射角の場合、及び他の金属の場合にも図6と同様のグラフを得ることができ、それに基づいて、所望の最小反射率を得るための膜厚を設定することができる。なお、本明細書及び特許請求の範囲において述べる反射率は、特に断らない限り、光透過性部材の反射面での反射率を言う。   As described above, the metal thin film has a thickness of 10 to 100 nm in order to obtain sufficient surface plasmon resonance. However, the filtering characteristic can be selected according to the setting of the thickness. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG. FIG. 6 shows the relationship between the thickness of the silver thin film (horizontal axis), the minimum reflectance (left vertical axis), and the angle of incidence at the minimum reflectance (right vertical axis). The vertical axis and the dashed graph curve correspond to the right vertical axis. Here, the dielectric thin film is formed of quartz glass to a thickness of 500 nm. As shown in this figure, for example, by setting the incident angle to 60 ° and setting the thickness of the silver thin film to 10 nm or 90 nm, the minimum reflectance can be about 85%. Further, by setting the thickness to 25 or 70 nm, 35 or 60 nm, or 40 to 55 nm, the minimum reflectance can be reduced to about 50%, about 20%, or about 10% or less, respectively. In the case of other incident angles and other metals, a graph similar to that in FIG. 6 can be obtained, and based on this, the film thickness for obtaining a desired minimum reflectance can be set. In addition, the reflectance described in this specification and a claim means the reflectance in the reflective surface of a light transmissive member unless there is particular notice.

さらに、波長フィルタの反射面に対する入射角を変更することにより、吸収波長帯域を変えることができる。図7は、波長(横軸)と反射率(縦軸)との関係を3つの入射角について示している(3種類の線で示す)。このグラフに見られるように、入射角を60°、65°、70°と変更することにより、吸収波長帯域を約630nm、約545nm、約460nmと変えることができる。したがって、波長フィルタを回転させるなどの手段で入射角を変更すれば、1つの波長フィルタで、複数種類の吸収波長帯域への切換えを簡
便に行なうことが可能となる。なお、ここで用いた波長フィルタは、石英プリズムの反射面に銀薄膜を45nm、石英薄膜を500nmで形成している。
Furthermore, the absorption wavelength band can be changed by changing the incident angle with respect to the reflection surface of the wavelength filter. FIG. 7 shows the relationship between wavelength (horizontal axis) and reflectance (vertical axis) for three incident angles (indicated by three types of lines). As seen in this graph, the absorption wavelength band can be changed to about 630 nm, about 545 nm, and about 460 nm by changing the incident angle to 60 °, 65 °, and 70 °. Therefore, if the incident angle is changed by means such as rotating the wavelength filter, it is possible to easily switch to a plurality of types of absorption wavelength bands with a single wavelength filter. The wavelength filter used here has a silver thin film of 45 nm and a quartz thin film of 500 nm formed on the reflection surface of the quartz prism.

波長フィルタはまた、誘電体薄膜の膜厚を変更することによって、吸収波長帯域を変えることができる。図9は、波長(横軸)と反射率(縦軸)との関係を3種類の誘電体薄膜厚さについて示している(3種類の線で示す)。このグラフに見られるように、誘電体薄膜の厚さを500nm、2000nm、3000nmと変更することにより、吸収波長帯域を変えることができる。ここでは石英プリズムに銀薄膜を50nmの厚さで形成し、反射面に対する入射角は60°に設定されている。   The wavelength filter can also change the absorption wavelength band by changing the thickness of the dielectric thin film. FIG. 9 shows the relationship between wavelength (horizontal axis) and reflectance (vertical axis) for three types of dielectric thin film thicknesses (indicated by three types of lines). As seen in this graph, the absorption wavelength band can be changed by changing the thickness of the dielectric thin film to 500 nm, 2000 nm, and 3000 nm. Here, a silver thin film is formed to a thickness of 50 nm on a quartz prism, and the incident angle with respect to the reflecting surface is set to 60 °.

さらに、波長フィルタを複数個組み合わせることにより、減衰させる波長の選択性を拡げることができる。図10は、1つの入射光に対して2個の波長フィルタを直列に配置し、各々の反射面への入射角を60°及び58°に設定したときの反射光の波長(横軸)と反射率(縦軸)との関係を示している。この組合せにより、櫛歯状に並ぶ複数の吸収波長帯域を、2個の波長フィルタの各々から得て交互に並べることができる。その結果、吸収波長帯域の配列を緻密化することができ、吸収波長帯域の選択性が広がる。   Furthermore, the selectivity of the wavelength to be attenuated can be expanded by combining a plurality of wavelength filters. FIG. 10 shows the wavelength of reflected light (horizontal axis) when two wavelength filters are arranged in series for one incident light, and the incident angles on the respective reflecting surfaces are set to 60 ° and 58 °. The relationship with the reflectance (vertical axis) is shown. With this combination, a plurality of absorption wavelength bands arranged in a comb shape can be obtained from each of the two wavelength filters and alternately arranged. As a result, the arrangement of the absorption wavelength band can be refined, and the selectivity of the absorption wavelength band is expanded.

波長フィルタにおける誘電体薄膜は、光透過性部材と同じ材質又は屈折率の近い材質とするのが、表面プラズモン共鳴の分散特性における波長と角度の関係が直線的になりやすい点で望ましい。しかし、異なる材質とした場合であってもある程度良好な吸収帯域を得ることができる。図11は、光透過性部材として石英及びアクリルを用い、各々に銀薄膜を50nmの厚さで形成し、その上に設ける誘電体薄膜を石英及びアクリルとし、全ての材質の組合せについて分散特性を示したものである。グラフは、横軸に入射角、縦軸に波長をとっており、描かれた曲線は吸収波長帯域を示している。これらのグラフに示すように、光透過性部材及び誘電体薄膜のいずれの材質の組合せにおいても、1次リーキーモード(LM1)及び2次リーキーモード(LM2)が良好に発生している。   The dielectric thin film in the wavelength filter is preferably made of the same material as that of the light-transmitting member or a material having a refractive index close to the point that the relationship between the wavelength and angle in the dispersion characteristic of surface plasmon resonance tends to be linear. However, a good absorption band can be obtained to some extent even when different materials are used. In FIG. 11, quartz and acrylic are used as the light transmissive member, a silver thin film is formed with a thickness of 50 nm on each, and a dielectric thin film provided thereon is made of quartz and acrylic, and dispersion characteristics are shown for all combinations of materials. It is shown. In the graph, the horizontal axis represents the incident angle and the vertical axis represents the wavelength, and the drawn curve represents the absorption wavelength band. As shown in these graphs, the primary leaky mode (LM1) and the secondary leaky mode (LM2) are well generated in any combination of the light transmissive member and the dielectric thin film.

波長フィルタの金属薄膜を形成するに際しては、表面プラズモン共鳴を生ずべき金属と光透過性部材との間に他の金属を介在させることもでき、介在させる金属を選択することにより、光透過性部材に対する金属薄膜の結合性を良好にすることができる。例えば、非特許文献4では、ガラスと金薄膜の結合性向上のためにクロム膜を介在させている。
介在金属層の厚さは、結合性向上効果が得られ、且つ目的とする金属薄膜による表面プラズモンの励起を妨げない程度とされる。
When forming the metal thin film of the wavelength filter, another metal can be interposed between the metal that should generate surface plasmon resonance and the light transmissive member. The bondability of the metal thin film to the member can be improved. For example, in Non-Patent Document 4, a chromium film is interposed to improve the bondability between glass and a gold thin film.
The thickness of the intervening metal layer is set to such an extent that an effect of improving the bonding property is obtained and excitation of surface plasmons by the target metal thin film is not hindered.

図12は、石英プリズムに対し金の介在層を経て50nmの銀薄膜を形成し、その上に石英薄膜を500nmの厚さで形成した波長フィルタにについて、入射角を60°とし、介在層の厚さを10nm、20nm、30nmとしたときの分散特性を示したものである。この図が示すように、介在層の厚さが30nmとなっても反射率を約60%まで押さえることができる。   FIG. 12 shows a wavelength filter in which a 50 nm silver thin film is formed on a quartz prism through a gold intervening layer, and a quartz thin film is formed thereon with a thickness of 500 nm. The dispersion characteristics when the thickness is 10 nm, 20 nm, and 30 nm are shown. As shown in this figure, the reflectance can be suppressed to about 60% even when the thickness of the intervening layer is 30 nm.

図13は、図12の場合と同じ構成において、介在金属をアルミニウムとし、介在層の厚さを10nm、20nm、30nmとしたときの分散特性を示す。この図が示すように、介在層の厚さが10nmとなっても反射率を約50%まで押さえることができる。   FIG. 13 shows dispersion characteristics when the intervening metal is aluminum and the thickness of the intervening layer is 10 nm, 20 nm, and 30 nm in the same configuration as in FIG. As shown in this figure, the reflectance can be suppressed to about 50% even when the thickness of the intervening layer is 10 nm.

以上に説明した本発明に係る波長フィルタを用いれば、反射面で全反射を生じるように入射部から光を入射させ、反射面における表面プラズモン共鳴に付帯するリーキーモードの反射光を出射部から出射させるという波長フィルタリング方法を実行することができ、これにより、狭帯域での波長フィルタリングを低コストで行なうことができる等の効果を得ることができる。   By using the wavelength filter according to the present invention described above, light is incident from the incident part so as to cause total reflection on the reflecting surface, and the leaky mode reflected light incident on the surface plasmon resonance on the reflecting surface is emitted from the emitting part. Therefore, it is possible to obtain an effect that wavelength filtering in a narrow band can be performed at low cost.

また、上記本発明の波長フィルタを用い、入射光と反射面とのなす角度を変えるように角度調節装置を備えることにより、波長フィルタリング装置を構成することができ、簡単な構造で、吸収波長域の変更を状況に応じて迅速に行なうことが可能となる。   Further, by using the wavelength filter of the present invention and by providing an angle adjusting device so as to change the angle formed between the incident light and the reflecting surface, a wavelength filtering device can be configured, with a simple structure and an absorption wavelength range. It becomes possible to make a quick change according to the situation.

図14は、断面が平行四辺形の光透過性部材4’の1つの面に金属薄膜3及び誘電体薄膜2を形成し、隣り合う面に偏光素子5を設けた波長フィルタを用いた波長フィルタリング装置の一例を概略的に示している。この波長フィルタリング装置は、入射光及び反射光を含む平面(入射面)に垂直に延びた回転軸6を備え、該回転軸は波長フィルタに結合され図外の駆動装置により回転軸を中心に波長フィルタを所望の角度に回転させるように構成されている。回転軸6は、波長フィルタの光透過性部材4’に直接結合されてもよいし、波長フィルタを支持する部材に取り付けられてもよい。波長フィルタへの入射光(Σλ)は、反射面43’で吸収波長帯域(λ1)がフィルタリングされた状態となって、出力
光(Σλ−λ1)が得られる。そして、回転軸6を中心として波長フィルタを或る角度回
転させれば、反射面43’に対する入射光の入射角を変更することができ、これに伴って吸収波長帯域(λ1)が変わり、その結果、異なるカット波長を含む出力光(Σλ−λ1)が得られることとなる。
FIG. 14 shows wavelength filtering using a wavelength filter in which a metal thin film 3 and a dielectric thin film 2 are formed on one surface of a light transmissive member 4 ′ having a parallelogram cross section and a polarizing element 5 is provided on an adjacent surface. 1 schematically shows an example of an apparatus. This wavelength filtering device includes a rotating shaft 6 extending perpendicularly to a plane (incident surface) including incident light and reflected light, and the rotating shaft is coupled to a wavelength filter and wavelength around the rotating axis by a driving device (not shown). The filter is configured to rotate to a desired angle. The rotating shaft 6 may be directly coupled to the light transmissive member 4 ′ of the wavelength filter, or may be attached to a member that supports the wavelength filter. The incident light (Σλ) to the wavelength filter is in a state where the absorption wavelength band (λ1) is filtered by the reflecting surface 43 ′, and output light (Σλ-λ1) is obtained. Then, if the wavelength filter is rotated by a certain angle around the rotation axis 6, the incident angle of the incident light with respect to the reflecting surface 43 ′ can be changed, and the absorption wavelength band (λ1) is changed accordingly. As a result, output light (Σλ−λ1) including different cut wavelengths is obtained.

さらに、本発明に係る波長フィルタの特性を利用して、様々な波長フィルタリングを行なうことができる。図15はその例としての波長フィルタリング装置を示している。図15(a)の装置では、光透過性部材4a(基板)の断面形状がくさび形とされ、入射側から出射側へテーパとなっている。一方の側面には、一定厚さの金属薄膜3a及び誘電体薄膜2aが設けられ、入射側端面には、必要に応じて偏光素子5が配置される。光透過性部材4aの端面から入射した光は、向き合う側面間で全反射を繰り返す毎に進行角度を変える。すなわち、金属薄膜3aへの入射角が次々と変わり、これに伴って吸収波長帯域も次々と変化する。その結果、光路中で作用した吸収波長帯域(λ1〜λn)がカット乃至低減された光が、出力光として得られる。なお、図15中に記載された「λ1」〜「λn」の各々は、波長フィルタ内での1つの反射箇所で得られる複数の吸収波長帯域をまとめて表しており、添え字1〜nは、入射光に対する反射箇所の順番を示している。   Furthermore, various wavelength filtering can be performed using the characteristics of the wavelength filter according to the present invention. FIG. 15 shows a wavelength filtering apparatus as an example. In the apparatus of FIG. 15A, the cross-sectional shape of the light transmissive member 4a (substrate) is a wedge shape, and is tapered from the incident side to the emission side. A metal thin film 3a and a dielectric thin film 2a having a constant thickness are provided on one side surface, and a polarizing element 5 is disposed on the incident side end surface as necessary. The light incident from the end face of the light transmissive member 4a changes its traveling angle every time it undergoes total reflection between the facing side faces. That is, the incident angle to the metal thin film 3a changes one after another, and the absorption wavelength band changes one after another accordingly. As a result, light in which the absorption wavelength band (λ1 to λn) that has acted in the optical path is cut or reduced is obtained as output light. Note that each of “λ1” to “λn” described in FIG. 15 collectively represents a plurality of absorption wavelength bands obtained at one reflection location in the wavelength filter, and subscripts 1 to n are The order of reflection locations for incident light is shown.

図15(b)の装置では、光透過性部材4bは平行に向き合う側面を備え、一方の側面には、一定厚さの金属薄膜3bと、複数の誘電体薄膜2b1〜2bnが設けられている。これらの誘電体薄膜は、入射側から出射側へ並び各々の厚さが順次薄くなる。したがって、光透過性部材4bの端面から入射した光は、向き合う側面間で全反射を繰り返す毎に、異なる厚さの誘電体薄膜2b1〜2bnの作用を受ける。すなわち、セクション毎に異なる吸収波長帯域を持つ波長フィルタの作用を受けることとなる。その結果、光路中で作用した吸収波長帯域(λ1〜λn)がカット乃至低減された光が、出力光として得られる。   In the apparatus of FIG. 15B, the light transmissive member 4b has side surfaces facing in parallel, and a metal thin film 3b having a constant thickness and a plurality of dielectric thin films 2b1 to 2bn are provided on one side surface. . These dielectric thin films are arranged from the incident side to the emission side, and the respective thicknesses are sequentially reduced. Accordingly, the light incident from the end face of the light transmissive member 4b is subjected to the action of the dielectric thin films 2b1 to 2bn having different thicknesses every time the total reflection is repeated between the facing side faces. That is, the function of a wavelength filter having a different absorption wavelength band for each section is received. As a result, light in which the absorption wavelength band (λ1 to λn) that has acted in the optical path is cut or reduced is obtained as output light.

図15(c)の装置では、光透過性部材4cは、平行に向き合う側面を備え、一方の側面には、一定厚さの金属薄膜3cと、入射側から出射側へ連続的に厚さを薄くした誘電体薄膜2cが設けられている。したがって、光透過性部材4cの端面から入射した光は、向き合う側面間で全反射を繰り返す毎に、誘電体薄膜2cにおける異なる厚さ部分の作用を受ける。すなわち、部分によって異なる吸収波長帯域(λ1〜λn)を示すフィルタ作用を受けることとなる。その結果、光路中で作用した吸収波長帯域(λ1〜λn)がカット乃至低減された光が、出力光として得られる。   In the apparatus of FIG. 15 (c), the light transmissive member 4c has side surfaces facing in parallel, and one side surface has a metal thin film 3c having a constant thickness and a thickness continuously from the incident side to the emission side. A thinned dielectric thin film 2c is provided. Accordingly, the light incident from the end face of the light transmissive member 4c is subjected to the action of different thickness portions in the dielectric thin film 2c every time the total reflection is repeated between the facing side faces. That is, a filter function showing an absorption wavelength band (λ1 to λn) that differs depending on the portion is received. As a result, light in which the absorption wavelength band (λ1 to λn) that has acted in the optical path is cut or reduced is obtained as output light.

図15に示した実施形態によれば、多様なフィルタリング機能を1個の波長フィルタで得ることができるので、低コストでありコンパクトな形状が要求される波長多重通信のための波長フィルタとして好適である。これらの実施形態における光透過性部材のテーパの方向、及び誘電体薄膜の厚さ変化の方向は、逆向きとすることもできる。また、図15の(a),(b),(c)における相互に異なる仕様については、それらを適宜組み合わせ
た仕様とすることも可能である。
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。前述の図14及び図15に示した実施形態においては、光透過性部材の一つの面に金属薄膜及び誘電体薄膜を設けていたが、その面に対向する面にも金属薄膜及び誘電体薄膜を設け、入射光が全反射する毎にフィルタ作用を受けるようにすることもできる。この場合、対向する面に設ける金属薄膜及び誘電体薄膜は、異なる厚さ、テーパ等とすることができ、膜の材質を同等にし、或いは異ならせることもできる。
According to the embodiment shown in FIG. 15, a variety of filtering functions can be obtained with a single wavelength filter, which is suitable as a wavelength filter for wavelength multiplexing communication that requires a low cost and a compact shape. is there. In these embodiments, the direction of taper of the light transmissive member and the direction of change in thickness of the dielectric thin film can be reversed. Further, different specifications in FIGS. 15A, 15B, and 15C can be combined as appropriate.
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. In the embodiment shown in FIGS. 14 and 15, the metal thin film and the dielectric thin film are provided on one surface of the light transmitting member. However, the metal thin film and the dielectric thin film are also provided on the surface facing the surface. It is also possible to provide a filter action every time incident light is totally reflected. In this case, the metal thin film and the dielectric thin film provided on the opposing surfaces can have different thicknesses, tapers, etc., and the materials of the films can be made equal or different.

また、波長フィルタへの入射光は、P偏光のみならず、S偏光とすることもできる。但し、P偏光を用いた場合の方が、優れたフィルタ特性を得ることができる。   Moreover, the incident light to the wavelength filter can be not only P-polarized light but also S-polarized light. However, excellent filter characteristics can be obtained when P-polarized light is used.

さらに、偏光素子は、波長フィルタの入射部の他、出射部に設ける等、入射光及び反射光のいずれかの光路中に設置されていればよい。或いは、入射光としてレーザなどの偏光を用いれば、偏光素子を省略することができる。   Furthermore, the polarizing element may be installed in any one of the incident light path and the reflected light path, such as being provided in the light emitting part in addition to the light incident part of the wavelength filter. Alternatively, if polarized light such as a laser is used as incident light, the polarizing element can be omitted.

以下に、表面プラズモン共鳴や付帯するリーキーモードの分散特性(波長と入射角の関係)の算出方法について説明する。この分散特性は、マックスウェル(Maxwell)の方程
式の解である。マックスウェルの方程式を解く方法として、マトリックス法は多層薄膜における電磁波の反射率の関係を導出できる。反射率を求める方法については非特許文献3に詳しく説明されている。図16に示すような多層膜のn層構造において、n層構造の多層膜中を伝搬する電磁波を仮定する。積層膜はz軸方向に積み重ねられ、xおよびy軸方向
は半無限であるとする。1層目とn層のz方向はz→−∞とz→∞になり、中間層としてはz1,z2,…,zn-1において結合している。どの層においても誘電率はε(1),ε(2),…,
ε(n)として、j番目の層の厚さは(式1)に与えられる。
A method for calculating the dispersion characteristics (relationship between wavelength and incident angle) of surface plasmon resonance and the accompanying leaky mode will be described below. This dispersion characteristic is the solution of Maxwell's equation. As a method of solving Maxwell's equation, the matrix method can derive the relationship of the reflectance of electromagnetic waves in a multilayer thin film. The method for obtaining the reflectance is described in detail in Non-Patent Document 3. In the n-layer structure of the multilayer film as shown in FIG. 16, an electromagnetic wave propagating through the multilayer film having the n-layer structure is assumed. The laminated films are stacked in the z-axis direction, and the x and y-axis directions are semi-infinite. Z-direction of the first layer and the n layer becomes z → -∞ and z → ∞, z 1, z 2 as an intermediate layer, ..., are linked in the z n-1. The dielectric constant is ε (1), ε (2), ...
As ε (n), the thickness of the j-th layer is given by (Equation 1).

Figure 2007249093
この構造では、表面プラズモンは光の波数ベクトルk//とともにx軸方向に伝搬する。
振動数ωでj番目の層における伝搬の式は(式2)で与えられる。
Figure 2007249093
In this structure, the surface plasmon propagates in the x-axis direction together with the light wave vector k // .
The equation of propagation in the jth layer at the frequency ω is given by (Equation 2).

Figure 2007249093
ここで、積層方向(z軸)方向に沿った波数kz(j)は(式3)で与えられ、積層面内方向に沿った波数k//(j)は(式4)で与えられる。
Figure 2007249093
Here, the wave number k z (j) along the stacking direction (z-axis) is given by (Expression 3), and the wave number k // (j) along the in-stack direction is given by (Expression 4). .

Figure 2007249093
Figure 2007249093

Figure 2007249093
ただし、nn(またはεn)はプリズムの波長λに対する屈折率(誘電率)、k0は入射
光(振動数ω0)の真空中での波数(2π/λ0)、cは真空中の光速度、Aμ(j)は反射、Bμ(j)は入射あるいは透過の電場の振幅ベクトルである。
Figure 2007249093
Where n n (or ε n ) is the refractive index (dielectric constant) with respect to the wavelength λ of the prism, k 0 is the wave number (2π / λ 0 ) of the incident light (frequency ω 0 ) in vacuum, and c is in vacuum Of light, A μ (j) is the reflection, and B μ (j) is the amplitude vector of the incident or transmitted electric field.

図面内に電場方向があるP偏光 (Transverse Magnetic: TM)の場合、MTMは(式5)に示す行列であり、(式2)や(式6)により積層構造を考慮して、反射率Rは(式7)で与え
られる。
In the case of P-polarized light (Transverse Magnetic: TM) with an electric field direction in the drawing, M TM is a matrix shown in (Equation 5), and reflectivity considering the laminated structure by (Equation 2) and (Equation 6). R is given by (Equation 7).

Figure 2007249093
Figure 2007249093

Figure 2007249093
Figure 2007249093

Figure 2007249093
また、P偏光(TM)と同様、図面内にある入射面内に垂直な方向に電場方向があるS偏
光(Transverse Electric: TE)の反射率Rは、(式8)に示すMTEを使って計算できる。
Figure 2007249093
Similarly to P-polarized light (TM), the reflectivity R of S-polarized light (Transverse Electric: TE) with an electric field direction perpendicular to the plane of incidence in the drawing uses the M TE shown in (Equation 8). Can be calculated.

Figure 2007249093
Figure 2007249093

本発明に係る波長フィルタの一実施形態を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly one Embodiment of the wavelength filter which concerns on this invention. 表面プラズモン共鳴の状態を誘電体薄膜の有無に分けて示すグラフである。It is a graph which shows the state of surface plasmon resonance divided into the presence or absence of a dielectric thin film. 本発明の波長フィルタに関し、石英薄膜の厚さを変えた場合の吸収特性を示すグラフである。It is a graph which shows the absorption characteristic at the time of changing the thickness of a quartz thin film regarding the wavelength filter of this invention. 本発明の波長フィルタに関し、誘電体薄膜の膜厚と吸収ピーク角度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the film thickness of a dielectric thin film, and an absorption peak angle regarding the wavelength filter of this invention. 本発明の波長フィルタに関し、(a)は1次及び2次リーキーモードの吸収帯域を示すグラフであり、(b)は1次リーキーモードの吸収帯域を示すグラフである。Regarding the wavelength filter of the present invention, (a) is a graph showing the absorption bands in the first and second leaky modes, and (b) is a graph showing the absorption bands in the first leaky mode. 本発明の波長フィルタに関し、銀薄膜の厚さと最小反射率及び最小反射率における入射角との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the incident angle in the thickness of a silver thin film, minimum reflectance, and minimum reflectance regarding the wavelength filter of this invention. 本発明の波長フィルタに関し、波長と反射率との関係を、異なる入射角について示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a wavelength and a reflectance about a wavelength filter of this invention about a different incident angle. 表面プラズモン共鳴(SPR)による吸収波長帯域を示すグラフである。It is a graph which shows the absorption wavelength band by surface plasmon resonance (SPR). 本発明の波長フィルタに関し、波長と反射率との関係を、異なる誘電体薄膜厚さについて示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a wavelength and a reflectance about the wavelength filter of this invention about different dielectric material thin film thickness. 本発明の波長フィルタに関し、2個の波長フィルタを異なる角度で直列に配置したときの波長と反射率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a wavelength and a reflectance when two wavelength filters are arrange | positioned in series at a different angle regarding the wavelength filter of this invention. 本発明の波長フィルタに関し、光透過性部材及び誘電体薄膜を同一又は異なる材質としたときの分散特性を示すグラフである。It is a graph which shows the dispersion characteristic when the light-transmitting member and a dielectric thin film are made into the same or different material regarding the wavelength filter of this invention. 本発明の波長フィルタに関し、プリズムと金属薄膜との間に金の介在層を設けた場合の分散特性を示すグラフである。It is a graph which shows the dispersion characteristic at the time of providing the intervening layer of gold | metal | money between a prism and a metal thin film regarding the wavelength filter of this invention. 本発明の波長フィルタに関し、プリズムと金属薄膜との間にアルミニウムの介在層を設けた場合の分散特性を示すグラフである。It is a graph which shows the dispersion characteristic at the time of providing the intervening layer of aluminum between the prism and the metal thin film regarding the wavelength filter of this invention. 本発明に係る波長フィルタリング装置の一例を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly an example of the wavelength filtering apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る波長フィルタリング装置の他の例を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the other example of the wavelength filtering apparatus which concerns on this invention. 表面プラズモン共鳴及びリーキーモードの分散特性算出のための説明図である。It is explanatory drawing for calculation of the dispersion characteristic of surface plasmon resonance and leaky mode.

符号の説明Explanation of symbols

1 光源
2 誘電体薄膜
3 金属薄膜
4 プリズム(光透過性部材)
5 偏光素子
41 入射部
42 出射部
43、43’ 反射面
LM1,LM2,LM3 リーキーモード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source 2 Dielectric thin film 3 Metal thin film 4 Prism (light transmissive member)
5 Polarizing element 41 Incident part 42 Emission part 43, 43 'Reflecting surface LM1, LM2, LM3 Leaky mode

Claims (4)

特定波長の反射光強度を低減する波長フィルタであって、入射部、出射部、及び前記入射部からの入射光に対する反射面を備えた光透過性部材と、前記反射面の外側に設けられた金属薄膜と、該金属薄膜の外側に設けられた誘電体薄膜とを備え、前記金属薄膜の厚さが10〜100nmであり、前記誘電体薄膜の厚さが200〜20000nmであることを特徴とする波長フィルタ。 A wavelength filter for reducing the intensity of reflected light of a specific wavelength, provided on the outside of the reflecting surface, the light transmitting member having an incident portion, an emitting portion, and a reflecting surface for incident light from the incident portion. A metal thin film and a dielectric thin film provided outside the metal thin film, wherein the metal thin film has a thickness of 10 to 100 nm, and the dielectric thin film has a thickness of 200 to 20000 nm. Wavelength filter to be used. 前記金属薄膜が、銀、金、アルミニウム又は銅であることを特徴とする請求項1に記載の波長フィルタ。 The wavelength filter according to claim 1, wherein the metal thin film is silver, gold, aluminum, or copper. 請求項1又は2に記載の波長フィルタを用い、前記反射面で全反射を生じるように前記入射部から光を入射させ、前記反射面における表面プラズモン共鳴に付帯するリーキーモードの反射光を前記出射部から出射させることを特徴とする波長フィルタリング方法。 The wavelength filter according to claim 1, wherein light is incident from the incident portion so as to cause total reflection on the reflection surface, and the leaky mode reflected light incident to surface plasmon resonance on the reflection surface is emitted. The wavelength filtering method characterized by making it radiate | emit from a part. 請求項1又は2に記載の波長フィルタ、及び入射光と前記反射面とのなす角度を変えるように設けられた角度調節装置とを備えたことを特徴とする波長フィルタリング装置。 3. A wavelength filtering device comprising: the wavelength filter according to claim 1; and an angle adjusting device provided so as to change an angle formed between incident light and the reflecting surface.
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